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情報学探究マニュアル

探究で詰まったときに開く本です。上から読む必要はありません。いま困っていることの節だけ開いてください。授業は 探究の進め方 全14回 にあります。

詰まったときの索引

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1 問いをつくる

問いには 4 つの型がある

自分の問いがどの型かを決めると、この先にやることが全部決まります。

よい問いの 3 つの条件

1. 答えが決まっていない。調べる前から答えが分かっているものは問いになりません
2. 自分たちで確かめられる。「人は幸せになれるか」は確かめられません
3. 範囲が決まっている。誰の、いつの、どこの話かが入っています

書き換えの例

何も思いつかないとき

今日一日を朝から順にたどって、「面倒だった」「分かりにくかった」「待たされた」「まちがえた」と思った場面を 3 つ書き出します。大きい話でなくてかまいません。そのうち 1 つを選び、誰の・いつの・どこのを付けて言い直すと、もう問いの形になっています。それでも出なければ、上の書き換えの例の「前」の欄をそのまま自分の言葉に置き換えて、「後」を作ってみます。

> 問いは小さくしてかまいません。小さい問いに答えられて初めて、大きい問いに近づけます。

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2 変数を決める

問いを、測れる形にします。決めるのは 3 つです。

記述の問いには「変えるもの」がありません。測るものとそろえるものだけを決めます。

操作的定義（いちばん大事）

「気づいた」「分かりやすい」「元気」は、そのままでは測れません。誰が数えても同じ数になる形に決め直します。これを操作的定義といいます。

操作的定義が書けたら、その探究は進みます。書けないなら、問いに戻ります。

そろえるものの見つけ方

「これが違っていたら、比べても意味がないな」と思うものを全部書き出します。そのうちそろえられるものはそろえ、そろえられないものは記録します。記録しておけば、あとで「これが効いたかもしれない」と書けます。

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3 確かめ方を選ぶ

自分たちでできる実験 10 例

大きな装置は要りません。校内で、1〜2 週間で、許可が取れる規模のものです。

比べる相手（対照）

因果と評価の問いには、比べる相手が必ず要ります。

• 「変えた方」と「変えなかった方」
• 「前」と「後」
• 「A の案」と「B の案」

比べる相手が無い計画は、因果の問いには答えられません。「やってみたらうまくいった」だけでは、もともとうまくいったのかもしれないからです。

何回やるか

1 回では偶然かもしれません。同じことを 3 回以上、または十分な人数でやります。人数の目安は、割合を見るなら 1 グループ 30 人以上、平均を比べるなら 1 グループ 20 人以上あると読みやすくなります。足りなければ、そのことを結果に書きます。

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4 できるかを見積もる

計画を縮めて、やり切れる形にします。

許可の取り方

早く動くほど楽になります。誰に・いつまでに・何を言うかを先に決めます。

頼むときの文の型

> 総合的な探究の時間で、○○について調べています。△△を□□までにお願いできないでしょうか。答えたくない項目は空欄で構いません。集めたものは氏名を記録せず、◇◇にだけ使い、○月○日に消します。

許可が下りなかったとき

やめる前に、断られた理由を一つ聞きます。「誰に、どんな迷惑がかかるか」がはっきりすれば、その人が出ない形に作り替えられます。校外が無理なら校内で、掲示が無理なら口頭で、実物を置くのが無理なら紙の模型で、他学年が無理なら自分のクラスで。範囲を狭めた計画は、下りなかった計画より強いです。作り替えた計画は、断った先生にもう一度見せます。

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5 集める

アンケートの聞き方

質問は少なくします。 答える人の負担が増えると、途中でやめる人が出て、集まり方が偏ります。問いに答えるのに要る質問だけを残します。

記録の取り方

• 決めた形で書く。単位、小数点、時刻の書き方を先に決める
• その場で書く。あとでまとめて書くと思い出せません
• 異常も書く。雨だった、行事があった、人が少なかった。あとで効いてきます
• 元のまま残す。直した表とは別に、元の記録を残しておく

人が集まらないとき

人数が集まらないことは、よくあります。手の打ち方は三つです。対象を狭める（全校 → 1 学年 → 1 クラス）。同じ人に 2 回答えてもらう（別々の人を比べる形から、同じ人の前と後を比べる形に切り替える）。1 人あたりの回数を増やす（1 人に 1 週間記録してもらう）。それでも少なければ、「18 人では」と人数を書いて出します。人数が少なくても、書いてあれば使える材料になります。

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6 easyStat で分析する

easyStat（リポジトリ）はブラウザだけで動く統計の道具です。読み込んだ表は分析用のサーバへ送られません。

最初の 3 手

1. Excel か CSV を読み込む。表計算から範囲を選んで貼り付けでも入ります
2. 分析サポーターを開き、自分の問いに近いものを選ぶ。手法の名前を知らなくても選べます
3. 結果が出たら「今回の結果を簡単に説明すると」を開く。結果の要点、指標の見方、読み違えやすい点が出ます

問いの型と、選ぶ分析

結果の読み方

• p 値は「偶然でもこれくらい起きるか」の目安です。小さいほど偶然とは考えにくくなります。< .05 を区切りにすることが多いですが、それだけで「効果が大きい」とは言えません
• 効果量は差の大きさです。人数が多いと p は小さくなりやすいので、効果量も一緒に見ます
• 図と数を両方見ます。同じ数でも、点の並び方が全然違うことがあります

読み込めないとき

まず表の形を見ます。1 行目に題が入っていないか／数の列に「約」「分」「円」などの文字が混ざっていないか／セルが結合されていないか／途中に空行や合計行が入っていないか。この四つでたいてい直ります。直しても読めなければ、必要な列だけを新しいシートにコピーし、そこから読み込みます。分析が選べないときは、分析サポーターに確かめたいことを一文で入れると、合う行が出ます。

言えないことを、必ず書く

• 関係があっても、原因とは言えません。第3の要因があるかもしれません
• 調べた人たちの範囲でしか言えません。1 クラスの結果を全校の話にはできません
• 測り方に引きずられます。操作的定義を変えれば結果も変わります

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7 easyDataScience で予測する

easyDataScience（リポジトリ）はブラウザだけで動く教育用の AutoML（＝どの予測のやり方が合うかを、機械が自動で試して比べてくれる仕組み）です。通常の学習と予測はブラウザの中で完結します。

最初の 3 手

1. 表を読み込み、予測したい列（目的変数）を 1 つ決める
2. 回帰（数を予測）か分類（どれに入るかを予測）かを選び、モデル比較を走らせる
3. 出てきた比較表の中から 1 つ選び、どの列が効いたか（特徴量重要度）を見る

表の作り方

• 1 行目は列名だけ。2 行目からデータ
• 1 件を 1 行に。セル結合は使わない
• 数値の列に「約」「万円」「km」などの文字を混ぜない
• 目的変数を 1 つ決めておく

当たり方を正しく測るために

• テスト用のデータは、モデルを決めるまで見ない。見てから直すと、当たって見えるだけになります
• 同じ人・同じ学校が学習側と検証側に分かれないようにする（グループ分割）
• 過去から未来を予測するなら時系列分割を使う
• 学習に使ったのと同じデータで「9 割当たった」は、当たったうちに入りません

写真と音も分けられる

• 画像分類: 何枚かずつ写真を集めて学習させると、その場で見分けます。ごみの種類、標識、葉の形など
• 音声分類: マイクから音を覚えさせて分けます。チャイム、話し声、機械音など

写真や音を使うときは、人が写ったもの・人の声は避けるか、本人に断ります。人が写り込まないもの（ごみ、標識、葉、道具、部品）を選べば、断りの手間もなくなります。

端末のカメラやマイクが使えないときは、先に撮った写真を配って、全員が同じ束を読み込む形にできます。撮る体験は減りますが、「同じ机の上だけで撮った束」と「ばらばらの場所で撮った束」を比べれば、集め方の偏りはそのまま見えます。

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8 micro:bit ではかる・動かす

MakeCode はブラウザで動き、画面の中のシミュレータで試せます。本体が無くても設計はできます。

最初の 3 手

1. 入力を 1 つ選ぶ（明るさ、温度、傾き、音、ボタン、時間）
2. 処理を 1 つ入れる（「もし〜なら」で線を引く）
3. 出力を 1 つ選ぶ（画面に出す、音を鳴らす、記録する）

はかれるもの

記録する

MakeCode のデータロガーを使うと、はかった値を時刻つきで本体に貯め、あとで CSV として取り出せます。取り出した CSV は、そのまま easyStat や easyDataScience に読み込めます。

ずっと {
  データを記録する: 明るさ = 明るさ
  一時停止 (60000)   // 1 分ごと
}

本体が無いとき

設計と組み立ては、画面の中のシミュレータで最後まで進められます。できないのは実際にはかることだけです。

• 1 クラスに数台あれば足ります。班に 1 台で回し、設計は各自がシミュレータで作る
• 1 台も無いときは、先生が 1 セットだけ記録した CSV を配ってもらい、それを easyStat に読み込みます。はかる所は見学か動画で見て、分析は全員が自分の手で行う
• はかった値をシミュレータで手入力して、そのあとの手順（平均を出す、条件で分ける）を試すこともできます

置いて使うときの注意

• 電池がどれくらい持つかを、先に 1 日試す
• 置く場所の許可を取る。人の通り道に置かない
• 「これは何ですか」と聞かれたときの紙を貼っておく（何を調べているか、いつまで、誰が）

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9 Streamlit で Web アプリにする

Python を数十行書くだけで、入力すると結果が返るページになります。提案を「触れる形」にできます。

動かすまで

この 2 行は、ふだんのアプリの画面ではなく、文字の命令を打ち込む専用の画面に打ちます。Windows なら「コマンド プロンプト」、Mac なら「ターミナル」という名前で、アプリの一覧から探せます。開いたら、app.py を保存したフォルダに移動してから（cd と打ち、そのあとにフォルダの場所を続けます）、次の 2 行を 1 行ずつ打って、そのつど Enter を押します。

pip install streamlit
streamlit run app.py

1 行目は道具を入れる命令で、入れるのは最初の 1 回だけです。2 行目が動かす命令で、打つとブラウザが開きます。開かなければ、画面に出た http://localhost:8501 のような住所を、自分でブラウザに打ちます。止めるときは、その画面で Ctrl と C を同時に押します。

うまく行かないとき

• 「streamlit が見つかりません」と出る: 入れた場所と打っている場所が違うことが多いです。python -m pip install streamlit、python -m streamlit run app.py の形で打ち直すと通ることがあります
• app.py が見つからないと出る: フォルダの移動ができていません。その画面で ls（Windows は dir）と打つと、いまいる場所のファイルが並びます。app.py が並んでいなければ、場所が違います
• 赤い文字がたくさん出る: 消さずに、いちばん下の 1 行と、書いてある行番号を見ます。字下げ・コロン・引用符・全角の記号が定番の原因です
• その画面自体が開けない・道具を入れられない: 学校の端末では、よくあることです。ブラウザだけで動く実行環境が使えるかを先生に聞きます。それでも動かせなくても、「何を入れると何が返るか」の設計は紙で書けます。設計が書けていれば、動かせる環境が見つかったときに、そこから始められます

いちばん短い例

import streamlit as st

st.title("混み具合を予想する")

hour = st.slider("時刻", 11, 14, 12)
rain = st.checkbox("雨が降っている")

wait = 3 + (hour == 12) * 8 + rain * 4
st.metric("予想される待ち時間", f"{wait} 分")
st.caption("本校の 2 週間の記録から作った目安です。12 時台は混みます")

表を読ませて、グラフを出す

import streamlit as st
import pandas as pd

up = st.file_uploader("CSV を選ぶ", type="csv")
if up:
    df = pd.read_csv(up)
    st.dataframe(df.head())
    col = st.selectbox("グラフにする列", df.columns)
    st.bar_chart(df[col].value_counts())

探究で使うときの形

人に使ってもらうには

自分の端末で動かしているうちは、自分しか使えません。GitHub にコードを置き、Streamlit Community Cloud につなぐと URL ができます。必要なファイルは 2 つです。

app.py
requirements.txt     ← streamlit, pandas など、使ったものを 1 行ずつ

公開する前に確かめます。

• 個人が分かるデータを一緒に置いていないか。CSV をリポジトリに入れると、誰でも見られます
• 相手が最初の 10 秒で何をすればよいか分かるか。説明を 1 行、上に置く
• まちがった入力でも止まらないか。空欄や 0 を入れてみる

年齢や学校の決まりで GitHub のアカウントが作れないこともあります。そのときは、自分の端末で動かして、相手にその場で触ってもらう形でかまいません。公開まで行かなくても、公開前の 3 点と、次の第11節のやめ方は、そのまま書けます。

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10 まとめる・発表する

図の選び方

目もりは 0 から。数字も書く。題に「何を、誰に、いつ」数えたかを入れる。

3 分で渡す順番

1. 何を知りたかったか（問い、一文）
2. どうやって確かめたか（変えたもの・測ったもの、一文）
3. どうだったか（数を 1 つ）
4. 何が言えて、何が言えないか
5. 誰に、どう役立つか

いちばん聞かれるのは 4 です。思っていたのと違った所を隠さないほうが、聞く人は身を乗り出します。

言えないことの書き方

> この結果は、本校 2 年 3 組 34 名の 11 月の記録によるものです。他の学年・他の季節で同じになるとは言えません。掲示の色以外にも、その週の行事が影響した可能性があります。

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時間が足りないとき

3 分が取れないこともあります。短い順に削ります。

削るときも、4 の「言えないこと」は残します。そこが抜けると、言い過ぎた発表になります。

11 使ってもらう（社会実装）

調べて終わりにしません。誰かが実際に使う所まで行きます。水準は 3 つです。

引き渡しメモの型

> 何を: 昼の混み具合を出すページ > 誰が: 図書委員（当番の人） > いつ: 毎週月曜の朝、前週の記録を入れる > どうする: 手順は 手順.md の通り。5 分で終わる > 困ったら: ○○先生に言う > やめるとき: 使う人が月 10 人を下回った月に、図書委員会で決めて止める。ページは残さず消す

やめ方を決めます。 始めたものを誰も止められない形で置いていくのは、引き継ぐ人に対して無責任だからです。

使ってもらう相手が見つからないとき

「使いそうな人」に断られることも、そもそも当てが無いこともあります。近い所から順に探します。

1. 同じ班の人以外のクラスメイト。「1 分だけ触ってほしい」と頼む。これでも①の水準は満たせます
2. 先生。担任、教科の先生、図書室や事務の人。自分の探究の相手に近い人がいれば、その人に
3. 家の人か、きょうだい。学校のことを知らない人に触ってもらうと、説明の足りない所が出ます
4. どうしても見つからないときは、自分が「その人になったつもり」で使い、迷った所を書きます。そのときは「まだ他の人には使ってもらえていない」と正直に書く。それも記録です

一度使ってもらうときに、聞くこと

• 最初にどこを見たか
• 迷った所はどこか
• また使いたいか。使うとしたらいつか

「よかったです」は情報になりません。どこで迷ったかを聞きます。

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12 個人の情報と、断り方

集める前に決める 3 つ

1. 何に使うか、どこまで出すかを先に言う
2. 名前を集めない。氏名・住所・学校名・顔写真は、分析に要らなければ最初から取らない
3. いつ消すかを決める。終わったら消す

写真・音・動画

• 人が写るものは、写る人全員に断る
• 掲示や発表で使うなら、そのことも一緒に断る
• easyDataScience で画像や音を学習させる場合も同じです

断る自由

「答えたくない項目は空欄で構いません」を必ず書きます。断った人が誰か分かる形にしません。

出す前の最後の確認

発表・掲示・Web に出す直前に、もう一度見ます。

• 表に氏名・出席番号・個人の記録が残っていないか
• 写真に、断っていない人が写り込んでいないか
• 自由記述に、その人と分かる書き方が入っていないか
• 公開するコードやデータに、集めた記録が混ざっていないか

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この本について

ここに無いことで詰まったら、先生に 「どの節まで進んで、どこで止まったか」 を言います。節の番号で言えると、話が早く進みます。

授業は 探究の進め方 全14回。書いたメモは 探究ノート に集まります。情報の授業で扱った道具は、情報Ⅰ・情報Ⅱ の単元設計からたどれます。